0实现碳中和的途径：数字技术的变革作用 1目录 2介绍执行摘要气候变化正威胁着破坏全球生态系统，危及粮食和水安全，破坏经济收益，并威胁到全世界公民的生计。据联合国统计，2021年全球气温将达到1.2度，加速接近环境“临界点”。这些不断上升的气温已经让位于更频繁和更严重的自然灾害，凸显了充分解决气候问题的紧迫性。我们社会的生存能力取决于缩小预期排放量与《巴黎协定》限制之间差距的全球行动。从这个意义上说，企业和行业因此必须通过运营和组织转型进行大规模的碳减排。数字化提供了一些潜力，可以通过提高能源效率来帮助解决世界上最紧迫的气候问题，并实现向基于可再生能源的循环经济的急需转变。凭借更快的连接速度、超低延迟和更大的带宽，5G 可以实现实时数据共享，以优化运营过程中碳密集型能源的使用。云计算和大数据通过收集海量数据，分析智能设备的性能并预测其性能，以确保能源的动态优化。此外，人工智能和深度学习可以识别每个场景的能源需求，并自动将某些服务定向到最节能的网络，而不会影响用户体验。它们还有助于预防性维护，从而提高所有行业部门的运营流程效率。因此，很明显，大量技术参与将推动碳中和。本报告将详细阐述未来的气候变化，并重点关注数字技术在四个领域的脱碳影响。由于大量建设数据中心和其他能源密集型基础设施，电信被选为重点领域。作为未来碳排放的潜在驱动力，必须审视电信行业的挑战和机遇，为实现碳中和的途径提供指导。电信业已证明不仅能够限制行业内的排放，而且能够在其他依赖数字化连接的碳密集型行业实现碳减排，例如制造、电力和运输。数字技术在实现能源转型和效率优化方面的使用将在以下特定行业的章节中详细介绍。 3随着数字化的扩展，它为优化能源使用和减少温室气体排放创造了新的机会。关键领域的机会包括：• 电信：电信行业的数字化有助于预防性维护、检测和消除基础设施中的能源浪费，并改善该行业的环境足迹。具体来说，更高效硬件，电信行业可以整合和现代化数据中心和基站。尽管如此，通过将 IT 运营从硬件转移到软件和云，这将减少嵌入式碳排放并减少对物理基础设施的依赖。• 电：数字技术正在改变电力的产生、传输和使用方式。首先，它们通过减少线路损耗来帮助提高整体能源效率，并通过准确预测和管理可变的可再生能源供应来优化电网整合更多可变可再生能源的能力，而不会影响可靠性。他们还创建了一个具有多向电流的智能电网，可协调电力的供需，帮助平衡间歇性问题，缓解未来的高峰负荷挑战，同时确保可靠性。• 运输：除了使电动汽车能够为电网提供灵活的负载和存储资源外，数字技术还可以通过路线优化、智能城市规划和自动驾驶系统来帮助交通运输提高燃油效率。随着私人和公共车辆以及交通基础设施变得更加互联，从长远来看，数字技术可以帮助提高移动性和安全性，同时减少能源使用和相关排放。• 制造业：数字技术使智能制造方法能够通过实时监控能源使用和碳排放来优化能源和资源使用并改善供应链管理以设计最佳战略。它们还有助于提高监管报告的速度和准确性，降低报告和验证成本。最重要的是，这些技术有助于提高从实验室设计到回收过程的互操作性，以减少能源和材料浪费，同时提高生产力。主要发现 4环境可持续性挑战• 随着气候危机变得越来越难以忽视，世界面临着抵消不断增长的能源需求的巨大压力。• 数字化可以实现能源转型和效率优化，从而有助于碳减排。• 基于政策机遇和数字化的具体好处，大量技术参与将推动碳中和。第一章 全球碳中和愿景强调气候变化问题世界已经观察到令人震惊的全球变暖模式，对可持续发展构成重大威胁。自 1880 年以来，温度以每十年平均 0.08°C 的速度上升；然而，自 1981 年以来，平均增长率翻了一番。2020 年，全球平均气温上升至高于基线 1.2°C，成为 141 年记录中第二热的年份。解决气候变化问题是现在被描述为人类最重要的任务。图 1：全球年平均气温从 1901 年到 2020 年资料来源：NOAA、Frost & Sullivan人类活动产生的二氧化碳是导致全球变暖恶化的原因。与其他温室气体相比，二氧化碳停留在大气层要长得多，因此造成了大约三分之二的总能量失衡。根据 NOAA 的数据，2020 年全球平均二氧化碳浓度为百万分之 412.5，自工业时代开始以来增加了 47%，自 2000 年以来增加了 12%。图 2：综合热影响从 1980 年到 2020 年资料来源：NOAA、Frost & Sullivan尽管 2020 年全球碳排放量大幅下降了 5.8%，但由于行动限制和经济活动放缓而导致的减少只是暂时的。事实上，Covid-19 对气候变化的影响很小，因为世界仍然严重依赖碳密集型燃料。 IEA 预计全球碳排放量将反弹 54.8 % 在 2021 年。未来，在人口增长和繁荣的推动下，对能源的需求将继续增长，并将全球变暖推向前所未有的水平。全球变暖的影响在世界许多地方都很明显，预计未来会加剧。 2021年，它包括加拿大的强降水事件、欧洲的破坏性洪水以及日本和美国的极端热浪。 IPCC表示，如果气温继续以目前的速度上升，将导致极端天气的发生和强度大幅增加。到 2100 年，海平面上升可能比 2000 年高出 2.5 米，在劳动生产率方面威胁到人们的生计，住房，以及基础设施。因此，政府和企业面临着优化能源结构和提高能源效率以抵消不断增长的能源需求的巨大压力。图 3：2020 年全球能源结构水电 可再生能源减碳目标危机的紧迫性越来越为世界所认识。随着支持全球气候议程的共识越来越多，所有国家都承诺遵守《巴黎协定》，将全球温度控制在比工业化前水平高出 2°C 以下，理想情况下低于 1.5°C。 150 多个国家已正式更新其减排目标，其中超过一半表现出降低人为排放的更大雄心，使碳的净减排总量达到 3.1 千兆吨。中国是最大的温室气体排放国，承诺在 2030 年之前达到碳排放峰值，并在 2060 年实现碳中和。美国虽然退出了《巴黎协定》，但承诺到 2050 年实现净零排放。英国和欧盟通过承诺到 2030 年将碳排放量分别在 1990 年的水平上减少 68% 和 55%，这些承诺又向前迈进了一步，制定了具体的路线图加速他们的行动。核 6%4% 7%31%油图 4：全球国家自主贡献煤炭27%25%天然气资料来源：NOAA、Frost & Sullivan 资料来源：联合国、Frost & Sullivan全球减碳承诺 6全球碳排放差距许多国家已经尽管碳减排目标实现了巨大飞跃，但更新目标的总体影响有限，需要付出更大的努力。为实现 1.5°C 的目标，到 2030 年，全球 CO2 净排放量需要下降到 26 GtCO2e，比 2010 年的水平下降约 45%，到 2050 年左右达到净零排放。然而，根据联合国的说法，在全面实施最新的 NDC考虑到，到 2030 年，全球碳排放量估计约为 52 Gt CO2 当量，在气候行动方面存在巨大差距。图 5：1990 年至 2030 年的全球排放差距资料来源：联合国、弗若斯特沙利文因此，这种巨大的排放差距不仅意味着能源的更快转型，而且意味着材料、运营管理以及基础设施的设计和建设的数字化，如果实施，可以成为低碳发展的驱动力，同时创造双赢局面利益相关者之间。确定了他们打算用于实施适应和缓解行动的技术，并在政策中提到了他们的实施手段。中国在《二氧化碳达峰和碳中和工作指导意见》中特别提到了5G、大数据、云计算和人工智能在智能制造中的应用。日本的“2050 年气候政策情景”也强调了通过建设 5G 和其他绿色基础设施来推动电信数字化和发展绿色数据中心的必要性。尽管如此，政府也对数字技术进行了大量投资。美国能源部已投入超过 2000 万美元用于 AI 和 5G 研究，旨在构建按需分布式边缘计算平台，以收集、处理和高效分析数据，实现节能降耗。欧盟还启动了数字欧洲和地平线欧洲计划，投资于数字连接基础设施和人工智能应用程序。随着政府积极参与研发，数字技术将被证明对于推动碳密集型行业的碳中和以及实现更高效、更有弹性和脱碳的经济至关重要。实现碳中和的途径 7电信• 目前，与其他碳密集型行业相比，电信碳足迹稳定且微不足道，但不断增长的互联网流量对推动数据中心和基站的碳排放构成威胁。• 电信部门通过数字化在脱碳方面取得了重大进展，同时还提供了强大的技术，使其他部门变得更加节能。第 2 章实现碳中和的部门途径强调电信碳足迹在过去十年中，电信行业在推动积极行动以实现碳中和方面表现出领导力和责任感。由于能源效率的持续提高，碳排放能够抵消全球互联网流量增长 15 倍的影响，并保持稳定在全球足迹的 2% 左右。图 6：历史互联网流量和碳排放增长指数从 2010 年到 2020 年资料来源：IEA、Belkhir (2018)、Frost & Sullivan然而，一些趋势正在推动未来数据网络的电力使用。首先，根据 IEA 的数据，全球互联网流量预计每三年翻一番。随着移动技术变得更加负担得起，它将导致移动数据流量的扩大，这需要大规模扩建基础设施来适应。根据麦克马斯特大学的研究，预计到 2025 年，该行业将消耗全球 20% 的电力，排放高达全球 5.5% 的碳排放量。对信息服务的快速增长需求有可能推动能源用于超过历史上限制总排放的效率增益。这些趋势对提高能源效率和适度的整体能源使用具有明显的意义。减排目标为了加快提高能源效率的步伐，电信行业引入了基于科学的减排目标。根据《巴黎协定》，它要求到 2030 年减少 45% 的碳排放，并为运营商提出轨迹，以设定与目标相一致的个人目标。在区域方面，欧洲发起了气候中和数据中心公约，承诺到 2030 年使数据中心实现气候中和。尽管如此，中国提出了数据中心和基站脱碳的政策建议，以在 2023 年将所有数据中心的电力使用效率限制在 1.3。 8控制模块云基础设施服务器可视化传感器网络管理优化架构他们共同鼓励运营商采取措施提高能源效率，这对于与 1.5°C 的轨迹保持一致是必要的。数据中心挑战和机遇的细分连接性的指数增长推动了对数据中心服务的需求，最重要的是，能源使用可能导致更高水平的碳排放。数据中心为信息技术硬件和冷却设备提供动力，以存储、处理和分发大量数据。服务器需要大量的计算能量，散热必须由冷却系统持续带走，占数据中心能耗的40%。 2020 年，数据中心贡献了近 1% 的全球电力需求，占全球二氧化碳排放量的 0.3%。如果不采取措施限制服务器的过冷和提高能源效率，数据中心的能源使用预计将随着数据流量呈指数增长。图 7：数据中心流量和能源使用的预测增长从 2020 年到 2030 年资料来源：Andrae (2020)、Frost & Sullivan然而，这些挑战可以作为尚未开发的机会。通过引入更新的设计和创新技术以及采购可再生能源，数字化能够构建更节能的结构并提高运营能源效率，这两者都有助于不断抵消连接需求的强劲增长。首先，开放计算技术催生了模块化数据中心的建设，这是一种新型的低碳基础设施。模块化数据中心的所有组件都是定制的，并设置为紧密集成，这意味着更少的子系统和更紧凑的空间。也就是说，它需要更少的冷却功率，同时减少整个传统数据中心在转换和转换中浪费的功率。借助软件定义的数据中心，运营商可以减轻基础设施负担并提高能源效率。它使用虚拟化 9可以远程管理的服务器，从而减少与旅行相关的排放。远程管理还消除了对现场技术人员的需求，从而降低了工作温度和照明的能耗。可以利用机器学习和人工智能来防止数据中心超出运营限制，同时确保运营效率。通过分析来自不同操作场景的温度、功率、泵速的历史数据来训练深度神经网络的集合，运营商可以构建一个更高效和自适应的框架来理解数据中心的动态。然后，人工智能可以自动衡量波动并做出相应的反应。例如，它们可以使冷却系统在 IT 负载变化时实时调整其能量输出，从而避免在运行过程中过度使用电力。基站挑战与机遇细分随着我们进入5G时代，基站的挑战将凸显出来。基站的运行占行业能源使用量的 80%。由于每个小区的输出量和周围网络环境的变化都会实时影响网络数据，因此很